Генератор псевдослучайных сигналов

О П И С А Н И Е 389501ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскиСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свЗаявлено 02,1 Х,1971 тельст 6 1/О 95742 "18-2 несоединением за осударственныи комитеСовета Министров СССРпо делам изооретенийи открытий Поцопптет ДК 681.373.43(0 Опубликовано 05 Х 11.1973. Бюллетень Ле 2 Дата опубликования описания 1 О.Х 11.1973 Авторизобретен и селе Заявитель ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЪХ СИГНАЛОВ го счетчи мматором период псевцифрового и азрядцостью исло случайдного регисттп регистра скольку мно ольно слож севдосл уч а ит от максиульсов сдви 1где 1 - перахцглслимпульсов сдвига. га до. ани Цельэтих нвторен25 и расшЭта является устранение увеличение периода ионой последовательности частот сигналов.ся тем, что разрядные га подключены к управовых управляемых соборов, выходы двопчнорующую схему подклювходам ключей выбора,ю изооретенияедостатков, т. е.ия псевдослучайирснис спектрацель достигаетрегистра сдавим входам цифрлений обоих начика через кодиуправляющим выходь ляющи против 0 го счет чены кИзобретение относится к области вычислительной техники и, в частности к моделированию случайных процессов и явлений.Предлагаемый генератор псевдослучайных сигналов может быть использован для исследования различных технических, биологических и других систем, решения статистических задач ца аналоговых и гибридных аналого-цифровых вычислительных машинах, а такжедля моделирования различных систем связи и обнаружения с учетом шумов, запаздываний, отражений.Известные генераторы псевдослучайных сигналов выполнены ца основе регистров сдвига, в цепи обратной связи которых установлен сумматор по тпод 2,Такие генераторы могут быть выполнены с использованием одновременно цифровых и аналоговых блоков, Так, например, генераторы псевдослучайных сипалов с биномиальцым распределением содержат кодирующее устройство, два набора цифровых управляемых сопротивлений. Входы цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов подключецы соответственно к первому входу и выходу компаратора, а выходы через соответствующие ключи 1 выбора - ко входу интегратора и инвертора соответственно. Выход инвертора подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом интегратора; выход компаратора через формирователь подключен ко входу двоичн и ко,входам регистра сдвига с с цепи обратной связи. Однако в таких генераторах 5 дослучайной последовательности аналогового сигналов ограничсн р регистра сдвига; максимальное ч цых реализаций в случае и-разря ра равно У=2" - 1 10 увеличение за счет разрядцос сдвига нс всегда рационально, по горазрядные регистры сдвига дов ны и ненадежны в работе; ширина лицейчатого спектра п 15 ного сигнала ограничена и завис мальной частоты следования имп65 На фиг. 1 приведена схема предложенногогенератора псевдослучайных сигналов; нафиг. 2 - диаграммы напряжений псевдослучайных и управляющих сигналов на входах ии выходах генератора.Генератор содержит интегратор 1, инвертор2, выполненные на операционных усилителяхс интегрирующей емкостью и сопротивлениемв цепях отрицательной обратной связи, компаратор 3 напряжений,Интегратор 1, инвертор 2 и компаратор 3образуют замкнутый колебательный контур(аналоговый мультивибратор) с целью положительной обратной связи.В мультивибраторе при обеспечении необходимых условий возникают автоколебания спилообразной или треугольной формой напряжения на выходе интегратора 1 и с прямоугольной формой на,выходах компаратора 3 иинвертора 2. Причем на выходе компараторанапряжение может принимать только двафиксированных значения: +У и - Бс,.(т)и), старшие разряды которого (+1, +2,, 1, , т) подключены ко входам кодирующей схемы 7, формирователь 8,коротких импульсов сдвига, включенный между выходомкомпаратора З,напряжений и входами,регистра сдвига 4 и двоичного счетчика б.Кодирующая схема 7 представляет собойшифратор со случайным законом кодирования,имеющий К входов и 2 К выходов (К=т - и,где т - разрядность двоичного счетчика б, аи - разрядность регистра сдвига 4).На входах интегратора 1 и инвертора 2установлены наборы 9 и 10 цифровых управляемых сопротивлений 11, образованных ипоследовательно включенными резисторами сшунтирующими их ключами.Номиналы резисторов всех цифровых управляемых сопротивлений (ЦУС) могут бытьраспределены как по регулярному закону (например, двоичному: Я, 2 Я, , 2" й), так и послучайному, например, с использованием таблиц Гауссовского, Рэлеевского и других распределений,Проводимость каждого ЦУС определяетсяи-разрядным параллелвным кодом на выходахрегистра сдвига 4, подаваемым на управляющие входы ЦУС.С помощью ключей выбора 12 ЦУС, управляемых от кодирующей схемы 7, ко входаминтегратора 1 и инвертора 2 могут подключаться как отдельные ЦУС 11, так и их различные сочетания (параллельно включенныеЦУС по 2 3К). Число различных комбина) 1кций для одного набора равно , к, дС геК - число ЦУС, Ск - число сочетаний из КПО 1.Для двух наборов ЦУС 1, установленн 1ьхв генераторе, число комбинаций сответственновом числе цифровых управляемых сопротивлений 11 в каждом наборе 9 и 10.В итоге увеличивается число случайных реализаций, которое становится равнымк зА=(2" - 1)С,С - 1(где и - разрядность регистра сдвига), а следовательно, увеличивается период повторения псевдослучайной последовательности сигналов.число 5 10 15двух, поэтому чтобы обеспечить согласованнуюработу двоичного т-разрядного счетчика б икодирующей схемы 7, используются не всеуказанные комбинации, а меньшее их число,кратное степени двух. При этом исключаютсянаиболее сложные комбинации, например когда включены одновременно все ЦУС или большое их число.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии регистр сдвига 4,двоичный счетчик б сброшены сигналом установки нуля 0 (СБРОС) по выходу И (фиг.2,а). При этом на интеграторе 1 и инверторе2 установлены начальные условия (например,нулевые). Аппаратурные средства, обеспечивающие установку начальных условий, на работу генератора влияния не оказывают, и начертежах,не показаны.По нулевому состоянию старших разрядовдвоичного счетчика б срабатывают определенные ключи выбора 12 ЦСУ, управляемые кодовой схемой 7, обеспечивая первую случайную комбинацию,В начальный момент времени 1(1 на выход 14 формирователя 8 подается разрешающий потенциал (фиг. 2, б), подготавливающий формирователь к приему сигналов откомпаратора 3.В момент времени 1=1 на вход 15 подается сигнал записи единицы (ПУСК) в младший разряд регистра сдвига 4 (фиг. 2, в). Попервоначальному состоянию регистра сдвига4 ЦУС со случайным номиналом подключается ко входам интегратора 1 и инвертора 2.Напряжение интегратора на выходе 1 б начинает изменяться по линейному закону (фиг.2, г),определяемому несколькими случайнымипараметрами схемыА1 вывв(1 + А)квв С1(1 С 1, (1) 1 вых 1 в 60 где 20 25 30 3540 45 50 55 4К Явозрастает и равно Ск при одинако 1=1 А - коэффициент усиления операционного усилителя;С - номинальное значение емкости конденсатора в цепи обратной связи интегратора 1;Йэкв - ЭКВИВаЛЕНтНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ На бора 9 на входе интегратора в интервале от сн доУвы, - напряжение инвертора на выхо. де 17выхзн ц (2)ЭКВ нРос - сопротивление в цепи обратнойсвязи инвертора 2;Яэкв - эквивалентное сопротивление набора 10 на входе инвертора винтервале от сн до сс,Уст - стабильный уровень напряжения компаратора 8 напряженийна выходе 18 (фиг. 2, д). Из формул (1) и (2) следуету А ос 1 Сст1Выхсн (1 + А) С 1 11экв,нэкв.нХ (с - г,) = (с - г, . ) (3)ЭКВ.К ЭКВ нгдеК= " " =сопз 1.А Рос бст(1+А) СНа вход компаратора напряжений 8 постуПаЮт ЛИНЕЙНОЕ НаПРЯжЕНИЕ ИНтЕГРатОРасСвыхвых,нсо случайной крутизнойАУ 1 Кнсэкв.экв,и напрякение с выхода инвертора 2 со случайной амплитудой с.1 вы, (фиг. 2, г и 2, есоответственно) .Когда эти два напряжения сравниваются,компаратор изменяет овое состояние на противоположное на выходе 19 формирователя8 появляется сдвиговый импульс (фиг. 2,ж),который поступает на входы регистра сдвига4 и двоичного счетчика б.Интервал времени 1 с - 1 н является случайным и определяется из равенства:вых,н - ) выхэнпо формулам (2) и (3).После преобразований имеем(1, - 8) = " . (4) Для момента времени 11 (фиг. 2, г, е)(1+ АР С 1 вых 1 С - 1 выхЗС ( С - 1)АтВ момент времени 1= 1 с на выходах 20 регистра сдвига появляется псевдослучайный параллельный двоичный код(5) управляющий ключами ЦУС и задающий новые случайные значения ЦУС па входах интегратора 1 и инвертора 2.На выходе инвертора устанавливается новое значение напряжения (фиг. 2, е) другой амплитуды и противоположного знака. Линейное напряжение на выходе интегратора (фиг, 2, г) начинает, изменяться с другой крутизной и в противоположную сторону1 вы, -- , ц Р - 11)1 1. (ВЭКВ.1 ЭКВ,1В дальнейшем процесс повторяется, При поступлении на счетчик б и-го импульса на старших разрядах формируется параллельный код, отличный от нулевого, который преобразуется кодовой схемой 7 в новую комбинационно-избирательную функцию(верхний индекс (1, 11) указывает принадлежность к первому или второму наборам (соответственно 9 и 10), управляющим ключами выбора 12 ЦСУ и задающим новую случайную комбинациюИзменение функции Чс происходит черезкаждые очередные 2 п сдвиговых импульсов.Генератор может работать также и в периодическом режиме с постоянными частотой следования и амплитудой выходных сигналов.Если в момент времени 1; снять разрешающий потенциал на входе 14 формирователя 8, то на его выходе отсутствуют сдвиговые импульсы (фиг. 2), В этом случае генератор переходит в режим автоколебаний с параметрамп выходных сигналов, определяемыми состоянием, предшествовавшим 1;, что позволяет повторять любую случайную реализацию необходимое число раз.Таким образом, параметры выходных сигналов генератора (амплитуда, крутизна, длительность) в каждый момент времени зависят от многих случайных дискретсио изменяемых величин и опречеляются двумя матрицами состояний, в каждой из которых (сс+1) столбцов и (К+1) строк.Эквивалентная проводимость каждого набора находится из матриц по следующеи фор 5мле бцс ц 111 1 ;1экв. - 1 ф 111 экв./=1 50 где аи ь 6 ц принимают одно из двух значений: О или 1.Таким образом, предложенный генераторпсевдослучайных сигналов позволяет увеличить период псевдослучайной последовательСсности всс раз по сравнению с про С. - .160 тотипом и формирует на своих выходах цифровые и аналоговые сигналы с заданными распределениями амплитуды, крутизны и длительности прн расширении спектра частот, так как с помощью интегратора на операционном 65 усилителе можно получать сигналы с длитель 389501ностями от долей миллисекунд до сотен и тысяч секунд, т. е. коэффициент перекрытия по частотеу Угпах шах Уап в 1 и может быть весьма большим (свыше 10), что приближает псевдослучайные сигналы к белому шуму. Предмет изобретенияГенератор псевдослучайных сигналов, содержавший кодирующее устройство, два набора цифровых управляемых сопротивлений, входы цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов подключены к перному входу и к выходу компаратора соответственно, а выходы через соответствующие ключи выбора подключены соответственно ко входу интегратора и ко входу инвертора, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом интепратора, выход компаратора через формирователь подключен ко входу двоичного счетчика и ко входам регистра сдвига с сумматором в цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, разрядные выходы регистра сдвига подключены к управляющим входам цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов, выходы двоичного счетчика через кодирующую схему подключены к управляющим входам ключей выбор а,